第3章 人的生理特征

第二章 人的因素,第一节 神经系统与感觉系统,一、神经系统,神经系统是人体的主导系统，全身各器官、系统均在神经系统的统一控制和调节下互相影响、互相协调,以保证人体的统一及其与外界环境的相对平衡。下面简要介绍神经系统的构成及各部分作用。,（一）神经组织 由:,神经元（神经细胞）神经胶质构成,第一节 神经系统与感觉系统,1.神经元 是一种特殊类型的细胞，在形态上与其他组织细胞很不相同，是具有突起的细胞，由细胞体和突起组成。,第一节 神经系统与感觉系统,2.神经胶质 是神经元的辅助成分。主要由胶质细胞组成，它们从各个方面包绕神经细胞体及其突起，神经元之间的空间除突触接触处以外，都为胶质细胞所占领。神经胶质构成网状支架，对神经元起支持、绝缘、营养、防御等作用。,第一节 神经系统与感觉系统,3.突触传递 神经元之间的连接处称为突触。它是一个神经元轴突末梢与别的神经元的细胞体或树突相接触的地方。,第一节 神经系统与感觉系统,3.突触传递 神经元轴突末梢的突触小体贮存着神经递质。当神经冲动传到轴突末梢时，突触小体中的神经递质就透过突触前膜释放到突触间隙中，引起突触后膜的去极化，从而在去极化的这个神经元中引发出兴奋性突触后电位，由此产生的神经冲动继续向前传导。,第一节 神经系统与感觉系统,（二）神经系统的基本结构,由包括脑和脊髓的中枢神经以及遍布全身各处的周围神经所组成。1.中枢神经系统 包括脑和脊髓。,第一节 神经系统与感觉系统,1、脑又分为延髓、脑桥、中脑、间脑、小脑和大脑半球等部分。 （1）延髓。延髓下接脊髓上连脑桥。来自头部、躯体与内脏的大部分感受器的神经冲动都经由延髓传至大脑。它同时又是调节循环、呼吸、肠胃蠕动、唾液与汗腺分泌等活动的中枢。它的前庭核是躯体运动反射调节的重要中枢。,敞开部,闭合部(交叉部),第一节 神经系统与感觉系统,（2）脑桥、中脑、小脑、。脑桥也有上行下行的传输通路。它是角膜反射的中枢。中脑是上行下行神经传导主要通路的集中处，它的四叠体是光、声探究反射的中枢所在。小脑位于脑桥后面，它与脑干有双向纤维相连。小脑的主要功能是调节肌肉紧张度、躯体运动和维持躯体姿势与平衡。,第一节 神经系统与感觉系统,（3）间脑。间脑位于大脑两半球之间，主要包括丘脑和下丘脑。丘脑是很重要的感觉中枢。下丘脑控制植物性神经系统的活动。它的主要功能是调节内脏和内分泌系统，是饥、渴、性活动的中枢，也是情绪反应的中枢。,间脑,上丘脑背侧丘脑下丘脑,分部,底丘脑,后丘脑,第一节 神经系统与感觉系统,（4）大脑半球。大脑从外形上分左右两个半球，故称大脑半球。大脑表面被覆2-5mm厚的灰质细胞层，称为大脑皮层。人的大脑两半球，形态相似，相互对称。但是两者在结构和功能上仍存在一定差别。两半球的统一性体现在两半球互相影响，协调活动。,机能定位,大脑皮质,大脑皮质某一特定的部位只与某种特定的纤维相联系，形成若干不同的功能区，称为 中枢。,6. 嗅觉区,10. 书写中枢（8）,11. 听觉性语言(听话)中枢（22）,12. 视觉性语言(阅读)中枢（39）,8.内脏活动中枢,边缘叶,4,4,6,6,3,1,2,17,41,42,312,5.平衡觉区,7. 味觉区,1.(第一) 躯体运动中枢,（4、6 区）,2.(第一) 躯体感觉中枢,（3 、 1 、2 区）,3. 听觉中枢,（41、42 区）,4. 视觉中枢,（17 区）,9. 运动性语言(说话)中枢（44、45）,Wernicke 区,Broca 区,第一节 神经系统与感觉系统,一、神经系统,（二）神经系统的基本结构,2、脊髓。脊髓位于脊柱的脊椎管内，其上端进入颅腔扩展为大脑的一部分-延髓。脊髓有两个功能：一是通过上行和下行神经束，把来自外周感受器的冲动传至脑，同时把脑发出的冲动传到周围神经；二是实现一些基本的躯体反射和内脏反射活动，如血管张力反射等。,第一节 神经系统与感觉系统,一、神经系统,（二）神经系统的基本结构,2.周围神经系统 周围神经系统指脑和脊髓以外的神经系统。它包括脊神经和脑神经。脑神经发自脑干，共12对，脊神经发自脊髓，共31对。 人体各部位的功能可分为两类，即躯体性功能和内脏性功能。躯体性功能指躯体骨骼肌功能和感官活动功能。内脏性功能指内脏活动功能。与此两类功能相应，神经系统也可分为两类，即躯体性神经系统与植物性神经系统(与内脏性功能对应)。,第一节 神经系统与感觉系统,二、感觉系统,感觉系统也称感官系统，是人体接受外界刺激产生感觉的机构。感觉系统又分为视、听、触、动、味、嗅等系统。下面主要介绍人因工程中应用较多的几种感官系统的结构与功能特点。,第一节 神经系统与感觉系统,（一）视觉 视觉是由眼、视神经和视觉中枢的共同活动完成的。眼睛的构造与功能和照相机有些相似。它包括折光部分和感光部分。折光部分包括眼球最前面的透明组织角膜和白色不透明的巩膜。角膜凭借其弯曲的形状实现眼球的折光功能。巩膜主要起巩固和保护眼球的作用。,第一节 神经系统与感觉系统,二、感觉系统（一）视觉,视网膜是眼睛的感光部分，内有两种感光细胞杆状细胞和锥状细胞。视网膜上感光细胞的分布直接决定着该部分网膜的感光特性。中央处具有最敏锐的物体细节和颜色辨别能力。离中央越远，视敏度和辨色能力越低。 视觉是所有感觉中神经数量最多的感觉器，其优点是：可在短时间内获取大量信息；可利用颜色和形状传递性质不同的信息；对信息敏感，反应速度快；感觉范围广，分辨率高；不容易残留以前刺激的影响。但也存在容易发生错视、错觉和容易疲劳等缺点。,第一节 神经系统与感觉系统,二、感觉系统（一）视觉,第一节 神经系统与感觉系统,二、感觉系统（一）视觉,第一节 神经系统与感觉系统,二、感觉系统（一）视觉,视野：人眼能观察到的范围，常以角度表示。 视距：人在操作系统中正常的观察距离。一般操作的视距范围为3876cm。视距过远或过近都会影响认读的速度与准确性，而且观察距离与工作的精确程度密切相关，因而应根据具体任务的要求来选择最佳视距。,第一节 神经系统与感觉系统,二、感觉系统（一）视觉,视野：人眼能观察到的范围，常以角度表示。,第一节 神经系统与感觉系统,二、感觉系统（一）视觉,视野：人眼能观察到的范围，常以角度表示。,第一节 神经系统与感觉系统,二、感觉系统（一）视觉,中央视觉与周围视觉 双眼视觉与立体视觉 色觉与色视野,第一节 神经系统与感觉系统,二、感觉系统,（二）听觉 听觉系统主要包括耳、传导神经与大脑皮层听区等三个部分。听觉器官可分为外耳、中耳、内耳三部分。,第一节 神经系统与感觉系统,二、感觉系统,（二）听觉 声音的声压必须超过某一最小值，才能使人产生听觉。因此。能引起有声音感觉的最小声压级称为听阈。不同频率的声音听阈不同。,第一节 神经系统与感觉系统,二、感觉系统,（二）听觉 听觉的频率响应 绝对阈限与辨别阈限 方向敏感度,第一节 神经系统与感觉系统,二、感觉系统,（二）听觉 掩蔽效应：一个较弱的声音听觉感受被另一个声音影响的现象称为声音的掩蔽效应。 一个强纯音会掩蔽在其附近同时发声的弱纯音，这种特性称为频域掩蔽。 在时间上相邻的声音之间也有掩蔽现象，并且称为时域掩蔽。时域掩蔽又分为超前掩蔽(pre-masking)和滞后掩蔽(post-masking)。产生时域掩蔽的主要原因是人的大脑处理信息需要花费一定的时间。一般来说，超前掩蔽很短，只有大约520ms，而滞后掩蔽可以持续50200ms。,第一节 神经系统与感觉系统,二、感觉系统,(三)平衡觉 人对自身姿势和空间位置变化的感觉称为平衡觉。它的外周感觉器官是前庭器官。机体在进行直线运动或旋转运动时，速度的变化会引起前庭器官中感受器的兴奋。这类感受器的兴奋对于机体运动的调节以及平衡的维持具有特殊作用。机体静止时，也同样通过这类感受器来感受机体，特别是头部的空间位置。 影响平衡觉并导致失去平衡的原因有：酒精、年龄、恐惧、突然的运动、热压、异常姿势等。了解上述现象，可使管理人员更好地进行作业安排，减少安全事故。,第一节 神经系统与感觉系统,二、感觉系统,(四)味觉 味觉是溶解性物质刺激口腔内味蕾而发生的感觉。味觉的感受器是味蕾，分布于口腔粘膜内，主要分布于舌的背面，特别是舌尖部和舌的侧面。儿童的味蕾较成年人分布广泛，老年人的味蕾数量，由于萎缩而减少。 味觉有甜、酸、苦、咸四种，称为四原味。其他味觉都是由这四种相互配合而产生的。一般人的舌尖和边缘对咸味比较敏感，舌的前部对甜味比较敏感，舌靠腮的两侧对酸味比较敏感，而舌根对苦、辣味比较敏感。 味觉的反应速度很慢，恢复原状也需要时间。当一种有味物质进入口腔后，需要1s才能有感觉，而恢复原状则需要10s至1min以上，甚至更长。,第一节 神经系统与感觉系统,二、感觉系统,(五)嗅觉 鼻腔上端的嗅黏膜是嗅觉感受器，其上分布着嗅觉细胞。嗅觉细胞受到刺激时，产生神经冲动，上传到嗅觉中枢而引起嗅觉。人的嗅觉灵敏度用嗅觉阈表示，即能引起嗅觉的气体物质的最小浓度。 (六)肤觉 皮肤感觉系统的外周感受器存在于皮肤表层。这些感受器受刺激时引起的神经冲动，经过传入神经达到大脑皮层的相应区域，而产生各种肤觉，包括触、压、振、温和痛等感觉。,第二节 肌肉、骨骼与供能系统,一、 肌肉组织及其工作特征,肌肉是人体四种组织中数量最多的组织。人做任何动作，都要依靠肌肉的收缩与舒展。 肌肉收缩有向心收缩、离心收缩、等长收缩等形式。前两种收缩是实现人体各种运动所必需的，它们是动力性的，总称为动力性收缩。等长收缩则是静力性收缩。(1)向心收缩。当肌肉收缩产生的张力大于外加阻力时，肌肉缩短并牵拉着骨杠杆作向心运动，故称向心收缩。 (2)离心收缩。当肌肉收缩时产生的张力小于外力时，肌肉被拉长。 (3)等长收缩。肌肉收缩产生张力但长度保持不变时的收缩形式称为等长收缩。,第二节 肌肉、骨骼与供能系统,一、 肌肉组织及其工作特征,肌肉收缩的速度与肌肉收缩的张力有关。肌肉收缩的张力大小又同肌肉收缩前的长度(又称初长度)有关。初长度短于“静息长度”时，收缩时的张力随肌肉初长度的增长而线性地增大。当肌肉收缩初长度达到约相当于静息长度时，张力达到最大，此时的初长度称为最适初长度。肌肉长度若超过这个最适初长度，收缩张力迅速下降。 肌肉收缩时的张力与收缩速度之间也存在着有规律的关系。增加肌肉的负荷时，肌肉收缩张力增大，但肌肉收缩的速度减慢，肌肉缩短的长度减小。当负荷张力增大到一定限度后，肌肉不能再缩短，收缩的速度为零。若负荷减小，肌肉收缩的速度与短缩的长度又大。,第二节 肌肉、骨骼与供能系统,二、骨骼系统,（1）骨及骨骼。人体内有206块骨。其中有177块直接参与人体运动。按结构形态和功能，人体骨骼系统可分成颅骨、躯干骨、四肢骨三大部分。,第二节 肌肉、骨骼与供能系统,二、骨骼系统,（2）关节。人体四肢骨之间普遍由关节连结。关节的功用主要在于它可使人的肢体有可能作屈伸、环绕和旋转等运动。在关节中有四类神经末梢，主要功能是向中枢提供关节位置变化的信息、关节活动速度的信息、关节实际位置的信息及感受痛觉的信息。,第二节 肌肉、骨骼与供能系统,三、人体活动能源,各种人体活动都需要能量。能量的供给通过体内能源物质(糖、糖元、脂肪、蛋白质)的氧化或酵解来实现。通常将能源物质转化为热或机械功的过程称为能量代谢。 （一）人体活动的直接能源 人的肌肉神经元和其他细胞活动的能源直接来自细胞中的贮能元三磷酸腺苷(ATP)。肌肉活动时，肌细胞中的ATP与水结合，在ATP酶的催化下迅速分解成二磷酸腺苷(ADP)和无机磷(Pi)，并释放29.3kJ的能量。 ATP+H2O ADP + Pi + 29.3kJ/mol,第二节 肌肉、骨骼与供能系统,三、人体活动能源,（二）人体活动的供能系统 人体补充ATP的过程称为产能或供能。人体有三个供能系统，即磷酸原(ATP-CP)系统、乳酸能系统和有氧化系统。 （1）磷酸原(ATP-CP)系统。ATPCP系统又称非乳酸能系统。肌肉细胞中的ATP由细胞内的二磷酸腺苷(ADP)和磷酸肌酸(CP)这两种高能磷化物合成。每1 mol的CP分解时可合成1 mol ATP。 反应方程(P32)。,第二节 肌肉、骨骼与供能系统,三、人体活动能源,（二）人体活动的供能系统,（2）乳酸能系统。该系统的能量来自糖元的酵解。糖元酵解时产生的能量供应给ADP，再合成ATP。 （3）有氧氧化系统。有氧氧化供能系统是指糖或脂肪在氧的参与下分解为二氧化碳和水，同时产生能量，使ADP再合成ATP后向肌肉或其他细胞提供活动能量。 综上所述可知，三种能量系统产能过程各有特点，它们在人体活动中也有不同的作用。表2-1是对三种能量系统供能特点的比较(P33)。,第二节 肌肉、骨骼与供能系统,三、人体活动能源,（三）能量消耗的测定,人体能量消耗测定方法有直接法、间接法和相关估算法等。 直接法是利用各种热量计，测定在绝热室内流过人体周围的冷却水生温情况，直接测量人体在一定时间内散发的热量。由于操作复杂，而且需要大型热量计，实际测量中不便应用。 间接法是通过测定人体耗氧量（L/min），再乘以氧热价（KJ/L）来计算能量消耗的方法。,第二节 肌肉、骨骼与供能系统,三、人体活动能源,（三）能量消耗的测定,间接法又可分为闭合式和开放式两类。闭合式是人对着一个密闭的装置作呼吸。开放式测定法是让人体从空气中直接吸气，将呼出气体收集起来，然后对收集的气体进行成分分析。 使用间接法测定能耗，工作量很大。为了解决这一问题，在准确性要求不是很严格的场合，可用某些容易测定的生理指数来估计人体的能耗。例如，心率就是一个较常用的估算指标。,体力工作时的能量消耗,体内能量的产生、转移和消耗叫做能量代谢。能量代谢按机体所处状态，可以分为三种：基础代谢量、安静代谢量、能量代谢量。,一、基础代谢量,是人在绝对安静下(平卧状态)维持生命必须消耗的能量。 正常人的基础代谢率比较稳定，一般不超过正常平均值的15%。我国人体表面积的公式为： 体表面积(m2)=0.0061身高(cm)+0.0128体重(kg)-0.1529 基础代谢量=基础代谢率平均值(B)人体表面积(S) 持续时间(t)=BSt,二、安静代谢量,指机体为了保持各部位的平衡及某种姿势所消耗的能量。 安静代谢量包括基础代谢量和为维持体位平衡及某种姿势所增加的代谢量两部分。通常以基础代谢量的20作为维持体位平衡及某种姿势所增加的代谢量，因此，安静代谢量应为基础代谢量的120。安静代谢率记为R，R1.2B。 安静代谢量= RSt1.2BSt 式中，R为安静代谢率（kJ/( h)；为人体表面积（）；为持续时间（h）。,三、能量代谢量,人体进行作业或运动时所消耗的总能量，叫能量代谢量。 能量代谢量包括基础代谢量，维持体位增加的代谢量和作业时增加的代谢量三部分。也可以表示为安静代谢量与作业时增加的代谢量之和。能量代谢率记为M。 能量代谢量=MSt 式中，M为量代谢率（kJ/ h ）；为人体表面积（ ）；为测定时间（h）。,四、相对代谢率RMR,为了消除作业者之间的差异因素，常用相对代谢率这一相对指标衡量劳动强度。相对代谢率记为RMR。,见例8-1,例,某男子身高1.7m，体重70kg，基础代谢率平均值为158.7kj/m2h，连续作业70min。当RMR=4时，试问能量消耗量是多少kj？作业时增加的代谢量为多少kj？,五、相对代谢率资料,计算能量代谢量时，首先必须准备必要的相对代谢率资料，专家们已经积累了大量的系统的相对代谢率数据。可以对研究的某项具体作业，观察分析作业者的动作、负荷和疲劳等方面的特征，然后与现有的资料加以对照比较，即可以判断确定该项作业相对代谢。,第三节 呼吸、消化和循环系统,一、呼吸系统,呼吸系统是从鼻经气管到肺部器官的总称。呼吸系统的功能是使空气中的氧进入肺，并在肺部与血液之间进行氧和二氧化碳的交换，再将血液中的二氧化碳排放到空气中。 肺是呼吸系统中重要器官，主要功能是通气和换气。肺通气量是衡量肺功能的重要生理指标，是指单位时间内吸入（或呼出）的气体量。人体活动时，肺通气量随活动负荷增加而增大。安静休息时，肺通气量约为67 L/min,剧烈活动时可达安静时的1020倍。,呼吸运动,呼吸运动是指空气进出肺部时的有节奏的运动。它是由胸部运动及底面